自噬小體與晚期內體/溶酶體融合的分子機制

日期：2016-09-06 09:11:17

2016年9月1日，《Molecular Cell》雜志發表了張宏課題組題為“The Vici Syndrome Protein EPG5 Is a Rab7 Effector that Determines the Fusion Specificity of Autophagosomes with Late Endosomes/Lysosomes”的研究文章，闡述了人類多重系統疾病Vici綜合癥中的致病突變基因EPG5在介導自噬小體(autophagosome)與晚期內體/溶酶體(late endosomes/lysosomes)融合過程中的作用。該研究不僅闡明了細胞自噬中自噬小體與溶酶體融合這一步驟的分子機制，而且為闡述Vici綜合癥的發生發展提供了可能的機理。

細胞自噬(autophagy)是真核生物中普遍存在的依賴于溶酶體的胞內降解過程。細胞通過形成雙層膜結構的自噬小體包裹“貨物”(cargo)，將其運輸至溶酶體進行降解。在多細胞生物中，自噬小體需要先與多種內體融合，經歷“自噬小體成熟”的過程，成熟的自噬小體再與溶酶體融合。目前對于多細胞生物自噬小體成熟的分子機制仍不清楚。

中科院生物物理研究所張宏課題組之前利用秀麗隱桿線蟲進行遺傳篩選，發現了一個多細胞生物特有且高度保守的自噬基因——epg-5/EPG5。在epg-5/EPG5突變的線蟲、細胞系及小鼠組織中，自噬小體和未降解的自噬溶酶體大量累積，暗示EPG5可能在自噬小體成熟的過程中發揮重要作用。

在該項目中，研究人員發現EPG5可以結合晚期內體/溶酶體上的蛋白質Rab7，從而特異地定位于晚期內體/溶酶體。同時，晚期內體/溶酶體上的R-SNARE蛋白VAMP7/8與EPG5也存在相互作用。另一方面，自噬小體上的蛋白質LC3/LGG-1，以及預組裝的Qabc-SNARE復合物STX17-SNAP29也可以與EPG5結合，從而通過EPG5將自噬小體定位于晚期內體/溶酶體，以進行下一步融合。進一步的生化實驗揭示，EPG5可以促進膜融合分子機器QabcR-SNARE復合物STX17-SNAP29-VAMP8的體外組裝；體外的脂質體融合實驗也表明EPG5可以促進STX17-SNAP29-VAMP8復合物介導的膜融合。綜合上述現象和分子機制，研究人員認為，EPG5作為Rab7的效應蛋白，以“tether”的方式特異性介導自噬小體與晚期內體/溶酶體之間的融合。在缺乏EPG5的多細胞真核生物體內，自噬小體與某些錯誤錯誤的膜泡結構融合，引起溶酶體損傷，最終導致自噬缺陷。

張宏研究員為本文通訊作者。張宏課題組博士后王崢、聯合培養博士生苗廣艷和助理研究員薛雪為本文共同第一作者。張宏課題組的博士生袁崇珍、王趙玉和張剛明、南開大學生命科學學院胡俊杰教授和博士生郭向陽、北京醫學院基礎醫學院免疫學院陳英玉教授、以及廣東醫學院附屬醫院神經研究所的馮度教授也參與了這項研究。該課題獲得國家自然科學基金、科技部重大科學研究計劃(973)和霍華德•休斯醫學研究所青年科學家基金的資助。